9.5 Teste em alta temperatura
Embora a maior parte da detecção ultrassônica de falhas seja realizada em temperaturas ambiente normais, algumas situações envolvem peças de teste quentes, como nas indústrias de processo em que tanques ou tubos de metal quente devem ser testados sem interrupção. Os transdutores ultrassônicos convencionais toleram temperaturas de até aproximadamente 50 °C ou 125 °F. Em temperaturas mais altas, eles eventualmente sofrerão danos permanentes devido ao desmembramento interno causado pela expansão térmica. Portanto, se o material que está sendo testado estiver mais quente que aproximadamente 50 °C, ou 125 ° F, deve-se utilizar transdutores de alta temperatura e técnicas de teste especiais.
Transdutores e calços
Com relação ao teste de feixe linear, transdutores de elemento duplo de alta temperatura são muito comumente usados em aplicações de inspeção de corrosão. Os transdutores de elemento duplo de alta temperatura também podem ser usados em muitos casos, envolvendo inspeção de feixes lineares de placas e barras e para encontrar falhas laminares em tanques e tubulações. Para peças pequenas ou finas, também estão disponíveis transdutores especiais de linha de atraso de alta temperatura.
Para teste de feixe angular, estão disponíveis calços de alta temperatura. Eles são usados com transdutores padrão para fornecer isolamento térmico. É importante observar que, com qualquer calço de alta temperatura, a velocidade do som no material do calço diminui à medida que aquece e, portanto, o ângulo refratado nos metais aumenta à medida que o calço esquenta. Se isso for motivo de preocupação em um determinado teste, o ângulo refratado deve ser verificado na temperatura operacional real. Por uma questão prática, variações térmicas durante o teste geralmente dificultam a determinação precisa do ângulo refratado real.
Propriedades do material
A velocidade do som em todos os materiais muda com a temperatura, diminuindo à medida que o material esquenta. No aço, essa mudança de velocidade é de aproximadamente 1% por mudança de temperatura de 55 °C, ou 100 °F. (O valor exato varia de acordo com a liga.) Nos plásticos e outros polímeros, esta alteração é muito maior e pode atingir 50% a cada 55 °C de mudança de temperatura até o ponto de fusão. Se a representação gráfica da velocidade e da temperatura do material não estiverem disponíveis, então a velocidade da calibração deve ser executada em uma amostra do material de teste na temperatura real do teste.
Da mesma forma, a atenuação do som aumenta quando a temperatura sobe. Nas ligas típicas de aço carbono de grão fino, a atenuação a 5 MHz aumenta em mais de 12 dB por trajeto sonoro de 100 mm (equivalente ao trajeto de ida e volta de 50 mm em cada sentido) entre a temperatura ambiente e 500 °C, ou 930 °F. Esse efeito pode exigir o uso de um ganho significativamente maior do instrumento ao testar trajetos longos de som em alta temperatura e também pode exigir o ajuste nas curvas de correção de distância/amplitude (DAC) ou programas TVG (ganho variado no tempo) que foram estabelecidos à temperatura ambiente. O efeito é muito mais pronunciado em plásticos do que em metais ou cerâmica.
O exemplo abaixo mostra as alterações na velocidade/tempo de trânsito e atenuação quando um bloco de aço de 12,5 mm (0,500”) é aquecido a 300 °C (570 °F). O tempo de trânsito do pulso aumenta de 4,37 uS para 4,59 uS e um ganho adicional de 18,2 dB é necessário para equalizar a amplitude do eco. A mudança no tempo de trânsito representaria um erro de medição de cerca de +5% ou 0,63 mm (0,025”) se o operador não recalibrar a velocidade da peça de teste quente.
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| Temperatura ambiente, ganho de 24,5 dB | 300 °C, ganho de 42,7 dB |
Acoplantes
Os acopladores ultrassônicos mais comuns, como propilenoglicol, glicerina e géis ultrassônicos, vaporizam rapidamente se usados em superfícies mais quentes que 100 °C ou 200 °F. Assim, o teste ultrassônico a altas temperaturas requer acopladores especialmente formulados que permanecerão em forma líquida ou em pasta estável sem queimar ou liberar vapores tóxicos. Eles estão amplamente disponíveis em várias fontes.
Ciclo de operação
Todos os transdutores e calços padrão de alta temperatura são projetados com um ciclo de trabalho em mente. Embora sejam isolados, o contato prolongado com superfícies muito quentes causará acúmulo significativo de calor e, eventualmente, danos permanentes ao transdutor se a temperatura interna ficar muito quente. O contato com a superfície deve ser o mais breve possível, seguido de um período de resfriamento do ar. A proporção do tempo de contato com o tempo de resfriamento se torna mais crítica na extremidade superior da faixa de temperatura especificada de um transdutor. Como regra geral, se o invólucro externo do transdutor ficar quente demais para segurar confortavelmente com os dedos, a temperatura interna do transdutor alcançará uma temperatura potencialmente prejudicial e o transdutor deverá esfriar antes que o teste continue.
Para obter mais informações sobre testes ultrassônicos de alta temperatura, consulte Teste ultrassônico de alta temperatura .
